引入界面增溶剂制备大面积平面钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池（PSCs），作为一种下一代新型能源技术，近年来得到快速发展。它的器件效率由3.8%提高到22.1%，可以和传统硅电池相媲美，甚至已经触及商业化应用的边缘。因此，目前科学家们的研究热点已经转移到提高器件寿命以及实现大面积加工等问题上，要想真正实现工业生产，这是两个亟待解决的问题。目前文献报道的可以延长器件寿命的方法也基本都是基于小面积（≤ 0.1 cm²），放大之后往往效果并不理想。

最近，韩国光州科学技术院的Kwanghee Lee和Hongkyu Kang等研究人员通过引入一种两性的共轭聚电解质作为界面增溶剂，制备了高质量的钙钛矿薄膜，得到了可延展的PSCs。用单一溶剂加工得到面积为6 cm²的（1 cm² × 6 子电池）PSCs，并且所有子电池均得到高达16.1± 0.9%（最高17%）的器件效率。这是目前报道的面积在1 cm²的打印PSCs的最高效率。

图1. a) 有无界面增溶剂的钙钛矿薄膜以及SEM示意图；b) PSCs器件结构示意图；c) PFN两性分子与PTPD以及钙钛矿层的相互作用模拟示意图。图片来源：Adv. Mater.

作者选用能级匹配的PTPD作为空穴传输层，但是由于强极性PTPD本身的疏水性，与含有离子的亲水性的钙钛矿前驱体在热力学上排斥作用，导致很严重的浸润问题，从而不能形成均一、完全覆盖的钙钛矿薄膜（图1a）。从SEM图上可以明显看出薄膜具有许多针孔和缺陷。为了解决这一问题，作者引入一种两性的共轭分子PFN（图1a），它可实现钙钛矿和PTPD的紧密接触。

XRD结果表明，在空穴传输层（HTL）/PFN基底上，能获得很好的多晶钙钛矿薄膜。并且通过UPS可以检测到很好的能级匹配。此外作者还做了普适性的测试，发现在P3HT、TT、PTB7-Th、PCDTBT等作HTLs时均得到提高的器件效率。并且当PTPD作为HTLs时，效率高达19.14%（表1）。

图2. a) 钙钛矿薄膜的XRD；b) 能级示意图；c) J-V曲线；d) 器件的串/并联电阻。图片来源：Adv. Mater.

表1. 光伏数据。图片来源：Adv. Mater.

此外，从图3可以看出，当研究人员加入PFN后，随着器件面积增大，器件的光电转换效率仍能保持较高的水平。因此可以得知，加入PFN可以在HTLs与钙钛矿层之间起到很好的界面修饰作用。

图3. J-V曲线(a、b)；器件面积和效率示意图(c、d)；e) 大面积器件；f) J-V曲线。图片来源：Adv. Mater.

最后，作者做了稳定性测试，发现插入PFN后并不会对器件稳定性造成不利影响。并且作者引入TiOx后发现16天后器件仍能保持80%的器件效率，稳定性进一步增强。

图4. 稳定性测试。图片来源：Adv. Mater.

共轭聚电解质PFN以前被广泛应用于有机太阳能电池中，取得了相当不错的效果。而今天，它被创新性的应用到钙钛矿太阳能电池中，很好的调节了界面接触。这在很大程度上解决了钙钛矿在疏水界面上成膜的问题，为以后进一步实现大面积应用奠定了基础。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Achieving Large-Area Planar Perovskite Solar Cells by Introducing an Interfacial Compatibilizer

Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201606363

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